SU1771016A1 - Dual-band circularly-polarized microstrip antenna - Google Patents
Dual-band circularly-polarized microstrip antenna Download PDFInfo
- Publication number
- SU1771016A1 SU1771016A1 SU894764762A SU4764762A SU1771016A1 SU 1771016 A1 SU1771016 A1 SU 1771016A1 SU 894764762 A SU894764762 A SU 894764762A SU 4764762 A SU4764762 A SU 4764762A SU 1771016 A1 SU1771016 A1 SU 1771016A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- dual
- frequency
- metal plates
- band
- plates
- Prior art date
Links
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Description
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано как антенное устройство на подвижных объектах или в качестве элемента антенной'решетки.The invention relates to the field of radio engineering and can be used as an antenna device on moving objects or as an element of an antenna array.
Известны двухчастотные микрополосковые антенны, отличающиеся компактностью. высокой надежностью, низкой стоимостью, возможностью интеграций.Known dual-frequency microstrip antennas, characterized by compactness. high reliability, low cost, the ability to integrate.
Наиболее простая двухчастотная микрополосковая антенна выполнена в виде микрополосковой антенной структуры с прямоугольным излучающим элементом (ИЭ). Двухчастотный режим с линейной поляризацией поля на каждой частоте обеспечен запиткой ИЭ с двух прилегающих сторон, так как каждая резонансная частота антенны определяется размерами сторон излучающего элемента. При всей простоте конструкции такое антенное устройство не может работать с круговой поляризацией поля на каждой частоте, что особенно важно при использовании микрополосковой двухчастотной антенны на летательных аппаратах.The simplest dual-frequency microstrip antenna is made in the form of a microstrip antenna structure with a rectangular radiating element (IE). The two-frequency mode with linear polarization of the field at each frequency is provided by feeding the IE from two adjacent sides, since each resonant frequency of the antenna is determined by the dimensions of the sides of the radiating element. Despite the simplicity of the design, such an antenna device cannot work with circular polarization of the field at each frequency, which is especially important when using a microstrip dual-frequency antenna on aircraft.
Этот недостаток может быть устранен в двухчастотной микрополосковой антенне, если прилегающие стороны ИЭ будут запитаны через фазосдвигающее устройство. Однако наличие двухсекционного трансформатора для обеспечения работы на двух частотах, а также фазосдвигающего устройства, значительно усложнит всю конструкцию, снизит эффективность антенны.This disadvantage can be eliminated in a dual-frequency microstrip antenna if the adjacent sides of the IE are fed through a phase shifter. However, the presence of a two-section transformer for ensuring operation at two frequencies, as well as a phase-shifting device, will significantly complicate the entire structure and reduce the efficiency of the antenna.
Известна также двухчастотная микрополосковая антенна, имеющая круглые ИЭ, расположенные друг над другом в виде этажерки. Возбуждение осуществляется коаксиальным кабелем, оплетка которого подсоединена на экран, а центральная жила электрически соединена с нижним или верхним экраном. Такая антенна позволяет работать на двух разных частотах с линейной поляризацией поля. Вместе с тем возможен режим работы на двух частотах с круговой поляризацией поля, если запитать ИЭ в квадратурных точках со сдвигом фазы на 90°. Недостатком подобной конструкции является зависимость, резонансной частоты (fн) и входного сопротивления нижнего элемента от размеров верхнего ИЭ. сложность настройки, невозможность подстройки рабочих частот. Что касается последнего недостатка, а именно возможности подстройки рабочих частот, то он очень существенен для микрополосковых антенн резонаторного типа,учитывая их узкополосность.Also known is a dual-frequency microstrip antenna having round IEs located one above the other in the form of whatnot. The excitation is carried out by a coaxial cable, the braid of which is connected to the screen, and the central core is electrically connected to the lower or upper screen. Such an antenna allows operating at two different frequencies with linearly polarized fields. At the same time, it is possible to operate at two frequencies with circular polarization of the field if the IE is energized at quadrature points with a phase shift of 90 °. The disadvantage of this design is the dependence of the resonant frequency (fn) and the input impedance of the lower element on the size of the upper IE. difficulty setting, the inability to adjust the operating frequencies. As for the last drawback, namely, the possibility of adjusting the operating frequencies, it is very significant for resonator-type microstrip antennas, given their narrowband.
Известны также микрополосковые антенны резонаторного типа, содержащие верхнюю плоскую пластину различной кон фигурации (квадратной, круглой, эллиптической, треугольной, и т.д.) - излучающий элемент, вторую пластину - экран, разделенных слоев диэлектрика. В таких известных устройствах круговая поляризация, при одной точке возбуждения (питание может быть торцевого или плоскостного типа) реализуется за счет поляризационного вырождения основного типа волны. Этот эффект достигается за счет введения в резонаторную область неоднородностей типа штырей, вырезов на ИЭ, выступов на ИЭ, изменением формы ИЭ и т.д. Основное преимущество таких микрополосковых антенн (МПА) - круговая поляризация при одной точке возбуждения. Однако исследования в области МПА такого типа показывают, что диапазонные свойства будут оцениваться не зависимостью входного сопротивления от частоты (эта зависимость сохраняется), а зависимость коэффициента эллиптичности (Кэ) от частоты. Полоса частот по Кэ получается меньше, чем полоса по входному сопротивлению. Это. в свою очередь, ограничивает существенно область применения МПА. Очевидно, что из таких конструкций МПА могут компоноваться двухчастотные МПА с круговой поляризацией поля.Resonator-type microstrip antennas are also known, containing an upper flat plate of various configurations (square, round, elliptical, triangular, etc.) - a radiating element, the second plate is a screen of separated layers of dielectric. In such known devices, circular polarization, at a single point of excitation (power can be of the end or plane type) is realized due to polarization degeneracy of the main wave type. This effect is achieved by introducing into the resonator region inhomogeneities such as pins, cutouts on the IE, protrusions on the IE, changing the shape of the IE, etc. The main advantage of such microstrip antennas (MPA) is circular polarization at a single point of excitation. However, studies in the field of MPA of this type show that the range properties will be evaluated not by the dependence of the input resistance on frequency (this dependence is preserved), but by the dependence of the ellipticity coefficient (Ke) on frequency. The Ke frequency band is less than the input impedance band. It. in turn, significantly limits the scope of MPA. Obviously, from such MPA designs, dual-frequency MPAs with circular field polarization can be assembled.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является двухдиапазонный микрополосковый излучатель с круговой поляризацией, содержащий две проводящие пластины круглой или квадратной формы, экранирующую поверхность, разделенных диэлектрическими подложками и расположенных друг над другом в виде этажерки, два входа для каждой из верхней пластин и две неоднородности, расположенных в двух резонаторных областях. Такой излучатель обеспечивает работу в двух диапазонах с круговой поляризацией поля в каждом из диапазонов.Closest to the technical nature of the claimed technical solution is a dual-band microstrip radiator with circular polarization, containing two conductive plates of round or square shape, a shielding surface, separated by dielectric substrates and located one above the other in the form of whatnot, two inputs for each of the upper plates and two heterogeneities located in two resonator regions. Such an emitter provides operation in two ranges with circular polarized fields in each of the ranges.
Недостатком известной конструкции является во-первых, узкий диапазон рабочих частот по Кэ. Во-вторых, для изменения рабочего диапазона или его подстройки необходимо изменить размеры верхних пластин. В-третьих, неоднородности выполнены в виде штырей, помещенных в определенную точку резонаторных областей, что с технологической точки зрения связано с дополнительными трудозатратами.A disadvantage of the known design is, firstly, a narrow range of operating frequencies for K e . Secondly, to change the operating range or to adjust it, it is necessary to change the size of the upper plates. Thirdly, the heterogeneities are made in the form of pins placed at a certain point in the resonator regions, which from a technological point of view is associated with additional labor costs.
Кроме того, необходимо обратить внимание еще на один недостаток МПА с круговой поляризацией при одной точке возбуждения. Это - малый сектор углов ДН, в котором Кэ сохраняет требуемое значение.In addition, it is necessary to pay attention to one more disadvantage of MPA with circular polarization at one point of excitation. This is a small sector of the angles of the ND, in which Ke stores the desired value.
Если учитывать тот факт, что МПА используется в основном как элемент ФАР, то этот недостаток ограничивает сектор сканирования антенной решетки (АР),Considering the fact that the MPA is used mainly as an element of the PAR, this drawback limits the scanning sector of the antenna array (AR),
Целью изобретения является увеличение рабочей полосы частот и сектора сканирования по коэффициенту эллиптичности.The aim of the invention is to increase the working frequency band and scanning sector by ellipticity coefficient.
Поставленная цель достигается тем, что в двухдиапазонной микрополосковой антенне с круговой поляризацией, содержащей две соосно расположенные металлические пластины квадратной формы, размещенные друг над другом параллельно металлическому экрану, две неоднородности и два входа, согласно изобретению, металлические пластины выполнены одинаковых размеров, неоднородности выполнены в виде щелей в углах металлических пластин шириной a = 0.05W, где W - размер стороны металлических пластин, и длиной b >0,18W, при этом оси симметрии щелей первой и второй металлических пластин совпадают с их соответствующими диагоналями с образованием угла 90°, а входы двухдиапазонной микрополосковой антенны с круговой поляризацией запитываются со сдвигом фаз 90°.This goal is achieved by the fact that in a dual-band microstrip antenna with circular polarization, containing two coaxially arranged square metal plates arranged one above the other parallel to the metal screen, two inhomogeneities and two inputs, according to the invention, the metal plates are made of the same size, the inhomogeneities are made in the form slots in the corners of metal plates with a width of a = 0.05W, where W is the side size of metal plates, and a length of b> 0.18W, while the axis of symmetry of the slits of the first and second of the metal plates coincide with their respective diagonals with the formation of an angle of 90 °, and the inputs of the dual-band microstrip antenna with circular polarization are fed with a phase shift of 90 °.
Для доказательства наличия существенных отличий в заявляемом техническом решении, по мнению авторов, необходимо отметить следующее. Совокупность отличительных признаков, а именно: одинаковые размеры проводящих пластин в МПА этажерчатого типа (можно менять за счет параметров диэлектрической подложки частоту), неоднородности, выполненные по диагонали в виде вырезов (щелей); питание МПА через гибридное устройство с целью получения волн круговой поляризации - известен каждый в отдельности и нашел конкретное воплощение в антенно-фидерных устройствах микрополоскового типа. Однако введение неоднородностей главным образом было использовано для разработки МПА с круговой поляризацией с одной точкой возбуждения, о достоинствах и недостатках которых уже упоминалось выше, Известно также, что в зависимости от размеров неоднородности, в частности выреза на ИЭ, меняется степень выражения основной волны в резонаторной обрасти. Крайний ее случай - волна вырождается на два типа колебаний, соответственно на двух разных частотах. Причем векторы поляризации излучаемых полей ориентированы относительно друг друга. Следовательно, размещая верхние пластины с неоднородностями определенным образом относительно друг друга (вырезы на пластинах должны быть перпендикулярны друг другу) фактически, по апертурной модели, переходим к двум совмещенным турникетным излучателям дифракционного типа. Очевиден и положительный эффект предлагаемой конструкции: два диапазона, обеспечение Кэ в диапазоне частот, увеличение Кэ в раскрыве диаграммы направленности (ДН). таким образом, совокупность отличительных признаков, через новое техническое свойство - образование крестообразных дифракционных излучателей, позволяет получить поставленную цель.To prove the presence of significant differences in the claimed technical solution, according to the authors, the following should be noted. The set of distinguishing features, namely: the same dimensions of the conductive plates in the MPA of the stacked type (you can change the frequency due to the parameters of the dielectric substrate), inhomogeneities made diagonally in the form of cutouts (slots); MPA power supply through a hybrid device in order to obtain circular polarized waves - each is known individually and has found a concrete embodiment in micro-strip type antenna-feeder devices. However, the introduction of inhomogeneities was mainly used to develop circularly polarized MPAs with one excitation point, the advantages and disadvantages of which were already mentioned above. It is also known that depending on the size of the inhomogeneity, in particular, the cutout on the IE, the degree of expression of the main wave in the resonator grow. Its extreme case is that a wave degenerates into two types of oscillations, respectively, at two different frequencies. Moreover, the polarization vectors of the emitted fields are oriented relative to each other. Therefore, placing the upper plates with inhomogeneities in a certain way relative to each other (cutouts on the plates should be perpendicular to each other), in fact, according to the aperture model, we pass to two combined diffraction-type turnstile radiators. The positive effect of the proposed design is also obvious: two ranges, providing Ke in the frequency range, increasing Ke in the aperture of the radiation pattern. Thus, the combination of distinctive features, through a new technical property - the formation of cross-shaped diffraction emitters, allows you to get the goal.
На фиг, 1 изображена двухдиапазонная МПА if круговой поляризацией; на фиг. 2 элементы двухдиапазонной антенны с круговой поляризацией; на фиг. 3 - зависимость Кэ в максимуме ДН и КБВ от частоты.On Fig, 1 shows a dual-band MPA if circular polarization; in FIG. 2 elements of a dual-band antenna with circular polarization; in FIG. 3 - dependence of Ke at the maximum of the ND and KBV on the frequency.
Двухдиапазонная МПА с круговой поляризацией поля содержит две металлизированные пластины 1, 2, общий экран 5, расположенные в виде этажерки и разделенные диэлектрическими подложками 3, 4, имеющими одинаковые электрические характеристики ( £г, tgd), неоднородности в виде щелей, прорезанных с углов пластин по диагонали 6, 7, неоднородности в виде выступов 8, 9, предназначенных для подстройки рабочих частот, короткозамыкатель 10, соединяющий центры пластин с экраном, точку возбуждения верхней резонаторной области 10, точку возбуждения второй резонаторной области. На фиг. 1 с целью наглядности размеры верхней пластины не? много уменьшены, не показано гибридное 90-градусное устройство, к которому подключены входы резонаторных областей.The dual-band IPA with circular polarization of the field contains two metallized plates 1, 2, a common screen 5 located in the form of a whatnot and separated by dielectric substrates 3, 4 having the same electrical characteristics (£ g, tgd), heterogeneities in the form of slits cut from the corners of the plates along the diagonal 6, 7, heterogeneities in the form of protrusions 8, 9, designed to adjust the operating frequencies, a short circuit 10 connecting the centers of the plates to the screen, the excitation point of the upper resonator region 10, the second resonance excitation point polar region. In FIG. 1 for the purpose of clarity, the dimensions of the upper plate are not? much reduced, not shown a hybrid 90-degree device to which the inputs of the resonator regions are connected.
Двухдиапазонная МПА с круговой поляризацией работает следующим образом. На фиг. 2а представлена МПА с неоднородностью в виде щели. Если длина щели в b >0,18W, где W - размер квадратного ИЭ, то в резонаторной области (область между ИЭ и экраном) устанавливается двухмодовый режим. На фиг. 2 это демонстрирует эпюра зависимости КСВН от частоты. Причем, чем больше длина выреза, тем больше разнос между частотами. Частота fb при изменении длины выреза остается практически неизменной, а изменяется в сторону уменьшения частота fH. Неоднородность типа выступ (см. фиг. 2а) аналогичным образом влияет на частоту fb. Поэтому с целью исключения влияния технологических допусков при изготовлении МПА, разброса параметров диэлектрических подложек на рабочие частоты, на этапе проектирования таких МПА целесообразно ввести для подстройки неоднородности типа выступ. На фиг. 2 а, б показаны пластины с неоднородностями и точками подключения питания. Фактически эти рисунки демонстрируют этап сборки двухдиапазонной МПА с круговой поляризацией поля. Пластины (ИЭ) выполняются одинаковых размеров, с одинаковыми размерами вырезов, расположенных в одну и ту же сторону от точки питания. Каждая резонаторная область настраивается на двухчастотный режим с линейно поляризованными полями на каждой частоте. При сборке пластины располагаются таким образом, чтобы вырезы были ортогональны друг другу. Возбуждение каждой резонаторной области осуществляется торцевым способом (т.е. штырями, оплетка кабеля электрически соединяется с общим экраном, центральный проводник с ИЭ). Выходы (входы) трактов возбуждения резонаторных областей соединяются с фазосдвигающим 90-градусным устройством (например, гибридным мостом). Тогда на каждой частоте имеют место два линейно поляризованных источника, разнесенных в пространстве на 90°, возбуждаемых равноамплитудным сигналом с относительным фазовым сдвигом ±90°.Dual-band MPA with circular polarization works as follows. In FIG. 2a presents MPA with inhomogeneity in the form of a gap. If the slit length is in b> 0.18W, where W is the size of the square IE, then the two-mode regime is established in the resonator region (the region between the IE and the screen). In FIG. 2, this shows a plot of VSWR versus frequency. Moreover, the longer the cutout, the greater the separation between the frequencies. The frequency fb when changing the length of the cutout remains almost unchanged, and the frequency f H changes in the direction of decreasing. The protrusion type inhomogeneity (see FIG. 2a) likewise affects the frequency fb. Therefore, in order to exclude the influence of technological tolerances in the manufacture of MPA, the scatter of the parameters of dielectric substrates on the operating frequencies, it is advisable to introduce a protrusion at the design stage of such MPA to fine-tune the inhomogeneity. In FIG. Figures 2a and 2b show plates with heterogeneities and power connection points. In fact, these figures demonstrate the assembly phase of a dual-band MPA with circular polarization of the field. Plates (IE) are made of the same size, with the same size of the cutouts located in the same direction from the supply point. Each resonator region is tuned to a two-frequency mode with linearly polarized fields at each frequency. During assembly, the plates are arranged so that the cutouts are orthogonal to each other. The excitation of each resonator region is carried out by the end method (i.e., with pins, the cable sheath is electrically connected to the common screen, the central conductor with IE). The outputs (inputs) of the excitation paths of the resonator regions are connected to a phase-shifting 90-degree device (for example, a hybrid bridge). Then, at each frequency, there are two linearly polarized sources, 90 ° spaced in space, excited by an equal-amplitude signal with a relative phase shift of ± 90 °.
Центральный штырь, соединяющий центр пластин с экраном, предназначен для устранения нежелательных типов, в частности нулевой моды. Кроме того, служат для повышения надежности антенного устройство при использовании его на летательных объектах (соединяет пластины с корпусом, исключает электрический пробой между пластинами).The central pin connecting the center of the plates to the screen is designed to eliminate unwanted types, in particular zero mode. In addition, they serve to increase the reliability of the antenna device when used on aircraft (connects the plates to the body, eliminates electrical breakdown between the plates).
В формуле изобретения указано, что размер щели должен быть больше 0.18W. При b.=0,18W имеет место слабое вырождение, когда частоты незначительно отличаются друг от друга каждого типа колебания, т.е. получается режим круговой поляризации. При b < 0.18W в резонаторной областиIn the claims it is indicated that the size of the slit should be greater than 0.18W. At b. = 0.18W, weak degeneracy takes place when the frequencies slightly differ from each other of each type of oscillation, i.e. the mode of circular polarization is obtained. For b <0.18W in the resonator region
-одномодовый режим. Вырез в этом случае играет роль компенсационной неоднородности и позволяет несколько расширить полосу частот по входному сопротивлению. Разнос частот fH и fb можно увеличить, если с противоположного угла прорезать аналогичные щели. Сущность технического решения не изменится, если вместо квадратного ИЭ будет выбран круглый.single-mode mode. The notch in this case plays the role of compensatory inhomogeneity and allows you to slightly expand the frequency band for input impedance. The frequency spacing f H and fb can be increased if similar slots are cut from the opposite angle. The essence of the technical solution will not change if a round IE is selected instead of a square IE.
Технико-экономические преимущества заявляемого технического решения по сравнению с прототипом: расширение рабочей полосы частот по Кэ, увеличение секторов сканирования по Кэ, существенное упрощение технологии изготовления двухдиапазонных МПа, имеется возможность подстройки рабочих частот.Technical appraisal and economic advantages of the claimed technical solution compared to the prototype: expanding the operating frequency band for Ke, increasing the scanning sectors for Ke, significantly simplifying the manufacturing technology of dual-band MPa, it is possible to adjust the operating frequencies.
Предложенная конструкция МПА имеет важное значение при разработке ФАР, так как позволяет расширить сектор сканирования.The proposed design of the MPA is important in the development of PARs, as it allows you to expand the scanning sector.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU894764762A SU1771016A1 (en) | 1989-12-05 | 1989-12-05 | Dual-band circularly-polarized microstrip antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU894764762A SU1771016A1 (en) | 1989-12-05 | 1989-12-05 | Dual-band circularly-polarized microstrip antenna |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SU1771016A1 true SU1771016A1 (en) | 1992-10-23 |
Family
ID=21482425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU894764762A SU1771016A1 (en) | 1989-12-05 | 1989-12-05 | Dual-band circularly-polarized microstrip antenna |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SU (1) | SU1771016A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2540827C1 (en) * | 2013-10-08 | 2015-02-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Dual-band circularly polarised microstrip antenna |
| RU2659854C1 (en) * | 2017-04-05 | 2018-07-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "МГТУ") | Stackable circular polarization antenna |
-
1989
- 1989-12-05 SU SU894764762A patent/SU1771016A1/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2540827C1 (en) * | 2013-10-08 | 2015-02-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Dual-band circularly polarised microstrip antenna |
| RU2659854C1 (en) * | 2017-04-05 | 2018-07-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "МГТУ") | Stackable circular polarization antenna |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Howell | Microstrip antennas | |
| EP1456907B1 (en) | Antenna element | |
| US4843400A (en) | Aperture coupled circular polarization antenna | |
| US5539420A (en) | Multilayered, planar antenna with annular feed slot, passive resonator and spurious wave traps | |
| US3803623A (en) | Microstrip antenna | |
| KR100729269B1 (en) | Antenna device | |
| US4191959A (en) | Microstrip antenna with circular polarization | |
| US4125837A (en) | Dual notch fed electric microstrip dipole antennas | |
| US6166692A (en) | Planar single feed circularly polarized microstrip antenna with enhanced bandwidth | |
| US2914766A (en) | Three conductor planar antenna | |
| US4316194A (en) | Hemispherical coverage microstrip antenna | |
| US20060232474A1 (en) | Antenna system | |
| EA003712B1 (en) | Serially-fed phased array antennas with dielectric phase shifters | |
| US3340534A (en) | Elliptically or circularly polarized antenna | |
| US3213454A (en) | Frequency scanned antenna array | |
| JP3026171B2 (en) | Antenna device | |
| JP3415453B2 (en) | Microstrip antenna | |
| JPH0440003A (en) | Multilayered array antenna | |
| Sangiovanni et al. | Stacked dielectric resonator antenna for multifrequency operation | |
| CN114284738A (en) | Antenna structure and antenna package | |
| US5548299A (en) | Collinearly polarized nested cup dipole feed | |
| SU1771016A1 (en) | Dual-band circularly-polarized microstrip antenna | |
| WO2023117427A1 (en) | Antenna device | |
| RU2355080C2 (en) | Microwave active module | |
| US6885351B1 (en) | Antenna |